例談物理學(xué)中的“彈弓效應(yīng)”
2010-12-31 00:00:00劉洪濤王琳任建波
考試周刊 2010年43期
1.航天技術(shù)中的彈弓效應(yīng)
“彈弓效應(yīng)”是一個(gè)物理名詞，指的是小天體或航天飛行器借助于大質(zhì)量天體的引力來(lái)獲得更大的動(dòng)能。空間探測(cè)器從行星旁繞過(guò)，由于行星的引力作用，可以使探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)速率增大，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“彈弓效應(yīng)”。在航天技術(shù)中，“彈弓效應(yīng)”是用來(lái)增大人造小天體運(yùn)動(dòng)速率的一種有效方法。1997年10月發(fā)射的“卡西尼”號(hào)飛船于2004年7月進(jìn)入土星軌道就曾利用了這種效應(yīng)。
如圖1所示，土星的質(zhì)量為M=5.67×1026kg，以相對(duì)太陽(yáng)為V=9.6km/s的軌道速率運(yùn)行;飛船的質(zhì)量為m=150kg，相對(duì)于太陽(yáng)迎向土星的速率為v=10.4km/s，由于“彈弓效應(yīng)”，探測(cè)器繞過(guò)土星后，沿與原來(lái)速度相反的方向離去，求它離開(kāi)土星后的速率。
解析:設(shè)飛船離開(kāi)土星后的速率為v′，此時(shí)土星的速度為V′。在飛船和土星相互作用的過(guò)程中，忽略其他天體對(duì)它們的引力，僅考慮飛船和行星間的相互作用，我們可以把整個(gè)作用過(guò)程等效為一個(gè)無(wú)接觸的“彈性碰撞”。
